Afin de proposer un outil permettant d'étudier les phénomènes hydrodynamiques dans le bain de fusion et le capillaire de vapeur lors du soudage laser, un modèle thermohydraulique prenant en compte les trois phases en présence (vapeur métallique, bain liquide et solide) a été développé à l'aide du code de calcul Comsol Multiphysics. Pour suivre l'évolution de ces trois phases, les équations couplées de la chaleur et de Navier-Stokes sont résolues et le suivi de l'interface liquide-vapeur est traité à l'aide de la méthode level set. Les réflexions multiples du laser sont calculées avec une nouvelle méthode consistant à décrire le laser sous sa forme ondulatoire. Le modèle est d’abord appliqué à un cas de tir laser statique, cas pouvant être résolu en 2D axisymétrique permettant de réaliser les développements et une première validation. L'influence de certains paramètres, comme la puissance laser est étudiée et les mécanismes conduisant à l'apparition de porosité résiduelle sont mis en évidence. Ensuite, ces mêmes équations sont utilisées en 3D pour décrire de la façon la plus complète possible une ligne de fusion. Toute la phase de création du capillaire est analysée puis les températures et les vitesses calculées sont comparées à des mesures expérimentales. Les températures en phase solide sont obtenues grâce à des thermocouples de 25µm, les températures en surface du bain liquide par pyrométrie et enfin, les vitesses à la surface du bain son obtenues grâce à une caméra rapide. Ces comparaisons permettent de montrer la cohérence du modèle, son comportement physique à décrire les écoulements, les formes de zones fondues et la dynamique du capillaire de vapeur. / To provide a tool able to study hydrodynamics phenomena in the melt pool and the vapor capillary during laser welding of tailored blanks, a heat and fluid flow model taking into account the three phases present is proposed. The metal vapor, the liquid phase and the solid base are modeled using the code Comsol Multiphysics. In order to study the evolution of these three phases, coupled equations of heat transfer and Navier-Stokes equations are solved and the liquid-vapor interface is tracked using the level set method. Multiple reflections of the laser are calculated with a new method by describing the laser in its wave form by solving Maxwell's equations. This manuscript presents the results of the model, first, in a case of a static laser shot solved in axisymmetric 2D to achieve the development and initial validation. The influence of parameters such as laser power is studied and the mechanisms leading to the appearance of residual porosities is highlighted. Then, these equations are used in three dimensions to describe the most complete as possible, a fusion line with an opened vapor capillary. All the creation phase of the capillary is analyzed. Calculated temperatures and velocities are compared to experimental measurements. Temperatures in the solid phase are obtained with thermocouples of 25µm, the surface temperature of the melt pool are obtained by pyrometry and finally velocities at the surface of the melt pool are obtained with a high speed camera. These comparisons show the consistency of the model to describe the physical flows, the molten zones shapes and the complete behavior of the vapor capillary.

Ce mémoire porte sur l’étude de la stabilité de fréquence d’une horloge atomique à piégeage cohérent de population. Le cadre de cette étude est d’une part d’approfondir la connaissance du piégeage cohérent de population en cellule de vapeur et d’autre part de construire un prototype d’horloge démontrant une stabilité de fréquence à l’état de l’art des meilleures horloges compactes de laboratoire. Grâce à une interrogation impulsionnelle et un schéma d’excitation en polarisations linéaires et orthogonales, cette horloge présenterait une stabilité de fréquence relative nettement inférieure à 10^-13 à 1 s si elle était limitée par un bruit fondamental tel que le bruit de photon. Après une présentation du montage expérimental, la première partie de ce mémoire est consacrée à l’étude des différentes sources de bruit limitant la stabilité de fréquence court-terme. Le soin particulier donné à la modélisation, à la caractérisation expérimentale et à la réduction des transferts de bruit de fréquence de l’oscillateur local (effet Dick) et du bruit d’intensité du laser en bruit de fréquence de l’horloge, a permis de mesurer une stabilité de fréquence au niveau de 3.2x10^-13 à 1 s. Dans un deuxième temps une étude théorique et expérimentale du déplacement de fréquence micro-onde en fonction de la puissance laser est présentée. Au-delà de la mise en évidence du caractère clé de la déformation de la raie dans l’explication de ce déplacement, elle a posé les bases de la dernière partie de ce mémoire qui propose une méthode d’insensibilisation du déplacement de fréquence aux fluctuations de puissance. / This report refers to the frequency stability study of a compact clock using coherent population trapping. The frame of such a study is firstly to deal in depth with the understanding of the systematic effects affecting the frequency of a coherent population trapping resonance. A second goal is to build a state-of-the-art compact atomic clock. Because of a pulsed interrogation and laser beams linearly and orthogonally polarized, our prototype would present a fractional frequency stability distinctly below 10^-13 at 1 s integration if it was shot-noise limited. Further to a setup description, the first part of this report is devoted to study the noise sources which limit the short-term stability of the clock. A special attention has been paid to model, experiment and reduce the transfer of local oscillator frequency noise and of laser intensity noise to microwave frequency noise. It led to measure an interesting stability measurement at the level of 3.2x10^-13 at 1 s. An experimental and theoretical study of the frequency shift due to laser intensity fluctuation is then presented. Beyond the influence on this shift of dark resonance overlapping that has been enlighted, this study gives the basics to understand the insensibilization method of the frequency to power fluctuations presented in the last chapter.

La contamination du milieu naturel, notamment des aquifères, par des hydrocarbures lourds de type HAP (Hydrocarbure Aromatique Polycyclique) se révèle être une pollution pérenne très difficile à traiter. La dépollution de ces sous-sols par un traitement in situ efficace et peu coûteux constitue encore aujourd’hui un challenge. Cette étude cible une technique de co-injection air-vapeur en zone saturée comme alternative aux techniques thermiques et chimiques en vigueur pour le traitement de cette catégorie d’hydrocarbures. Une première partie expérimentale introductive estime l’influence d’un simple traitement vapeur sur la libération de HAPs par les matrices de sol au sein de l’aquifère, montrant la nécessité de coupler à ce procédé une technique d’oxydation chimique. Si le front de vapeur permet de mobiliser totalement les composés légers, les concentrations des composés les plus lourds augmentent en phase dissoute (augmentation des fractions molaires des composés résiduels). Réalisées en milieu fermé, dans des conditions de température dictées par l’injection de vapeur (120 ̊C), des expériences en laboratoire ont permis de caractériser et de quantifier les réactions d’oxydation chimique mises en jeu. Les résultats démontrent une efficacité modérée de l’oxydation à moyenne température. Des sous-produits de réaction sont identifiables et quantifiables à compter de plusieurs semaines de réaction. A l’inverse l’étude met en évidence l’absence totale de minéralisation, démontrant que l’ana- lyse du CO2 ne peut renseigner sur l’évaluation du phénomène d’oxydation. Hormis la réactivité par oxydation, les conclusions de l’étude montrent que la technique favorise la sorption irréversible des composés organiques en surface des matrices de sol. Ces phénomènes de sorption sont très marqués en présence d’argile ou de matière organique naturelle dans le milieu et augmentent au cours du temps. La technique HPO se pose donc en traitement de soutien à l’injection de vapeur par oxydation mais surtout par stabilisation de la zone de contamination. Enfin nous nous sommes intéressés aux problématiques liées à l’injection d’eau chaude et de vapeur dans un sous-sol au travers d’expériences sur site. La technique d’injection de vapeur étant financièrement et énergétiquement coûteuse, des solutions techniques ont été proposées, appliquées et modélisées. Il en ressort une comparaison en bilans énergétiques pour différents modes d’injection, permettant de mieux appréhender les véritables besoins d’une telle technique. Parmi les paramètres influents, le rayon d’influence est un paramètre essentiel qui conditionne la distance entre chaque puits pour une efficacité optimale. Les résultats de l’étude démontrent que dans certains scénarios d’injection (injection à grande profondeur) le préchauffage de la zone d’étude par injection d’eau chaude couplé à un pompage en profondeur permettra d’accroître significativement le rayon d’influence et d’améliorer le bilan énergétique du traitement global. Les principaux résultats de la thèse sont comparés aux autres études sur l’injection de vapeur pour dégager les meilleures conditions d’application de cette technique, et mettre en évidence les verrous techniques ayant pu être levés au cours de la thèse. / PAHs are the largest, ubiquitous and carcinogenic environmental chemical groups. In a context of polluted soil remediation, today it is still a challenge to reach an effective in situ treatment. This study aims to evaluate as an alternative way the potential of a technology combining a thermal process (injection of steam) and a chemical process (co-injection of air) in the saturated zone. A first introductory experimental section considers the influence of a single steam treatment on the release of PAHs from soil matrices within the aquifer. Results prove the necessity of coupling a chemical oxidation technique with this process. If the steam front allows to recover light com- pounds, concentrations of heavier compounds in the dissolved phase are more important after the steam treatment (molar fractions of residual compounds increase). In order to study the fate of PAHs in polluted soils under medium temperature oxidation, numerous experiments in presence of soil spiked matrices were carried out in closed reactors. The catalytic potential of different mineral surfaces was investigated by studying reactivity of different PAHs. Results demonstrate that the efficiency of oxidation remains moderate. They suggest a lack of mineralization and reactions producing partly polycyclic aromatic compounds (PACs) with equivalent molecular weight as the initial contaminants. Along short term experiments (9 days), the major effect of heating is an increase in irreversible sorption of original compounds. Interestingly, this sorption mostly occurs in presence of natural organic matter and oxygen in the gas phase, suggesting a specific reactivity of the natural organic matter. In long term experiments (6 months), new oxygenated PACs were formed and remained fixed on the solid phase. Consequently, air oxidation catalyzed by minerals and natural organic matter may be a new pathway concerning PAH stabilization in soils. The steam injection technique is still considered as a costly technique. In this last part some technical solutions have been proposed, implemented and modelized. The economic aspect of some injection cases are compared, based on the results of a real field application and some general calculations regarding the costs of wells and energy. Among influential parameters, the radius of influence is a key parameter that determines the distance between each well for an optimum efficiency. The results of this study show that in some scenarios of injection (when the injection takes place in a deeper zone), a preheating phase can be an interesting option to reduce the financial costs of the technique. The main results of the thesis are compared with other steam injection studies to identify the best conditions for the technique application.

L’hydratation en phase vapeur des verres inactif (simples et complexes) du domaine AVM (Atelier de Vitrification de Marcoule) a été étudiée en se focalisant sur l’influence de la composition du verre. Dans la première partie, les échantillons de verre ont été altérés à 50°C et 95% d’humidité relative, et les couches altérées (gel) ont été caractérisés par SEM, TEM, XRD, ToFSIMS et SAXS. Les résultats montrent que la teneur en aluminium par rapport à celle des alcalino-terreux joue un rôle clé dans la durabilité du verre. Lorsque le rapport molaire Al2O3/MgO<1, la vitesse d’hydratation en phase vapeur est augmentée de 10 à 20 fois par la formation des précipités riches en Mg. Dans d’autres cas, l’hydrolyse du réseau vitreux a été identifiée comme le mécanisme contrôlant la vitesse d’hydratation en phase vapeur. Des études complémentaires sur l’effet de la température et de l’humidité relative ont montré que le mécanisme prédominant d’hydratation en phase vapeur varie en fonction de la température et de la composition du verre. Dans la deuxième partie, des expériences avec des verres hydratés en phase vapeur puis immergés dans de l’eau pure ont montré que le gel n’avait pas d’effet passivant vis-à-vis l’altération aqueuse et que des phases secondaires formées pendant l’hydratation en phase vapeur pouvaient être solubles. Deuxièmement, une étude comparative de la structure des gels enrichies en ¹⁷O formées lors d’hydratation en phase vapeur (à 90 °C) et de l’altération aqueuse à très fort S/V par la spectroscopie RMN a montré pour la première fois, de la recondensation du bore avec de l’oxygène provenant de la phase vapeur. Les résultats suggèrent que l’altération du verre en phase vapeur n’est pas équivalente à l’altération en milieu aqueux à très fort S/V. / The vapor hydration of inactive surrogates of AVM (Atelier de Vitrification de Marcoule) glasses (simple and complex) has been studied in this thesis work with a special focus on the influence of glass composition. In the first part of the thesis, multiple glass samples were altered at 50°C and 95% RH and the altered samples were characterized using SEM, TEM, XRD, ToFSIMS and SAXS to study the altered (gel) layer. The results show that aluminum plays a key role in glass durability under the given conditions, especially in relative proportions to alkaline-earth elements. When the molar ratio of Al2O3/MgO<1, the overall vapor hydration rate was accelerated by 10-20 times due to the formation of Mg-rich smectites. In other cases, network-hydrolysis was identified as the rate controlling vapor hydration mechanism for the first six months. Complementary studies on the effect of temperature and relative humidity gave further insights into secondary phase precipitation, behavior of elements in the gel layer and altered layer morphology. These studies show that the predominant vapor hydration mechanism varies with temperature and glass composition as well. In the second part of the thesis, aqueous alteration experiments are discussed in two contexts. First, vapor hydrated glasses immersed in pure water showed that the gel layer did not have a passivating effect against aqueous alteration and that some of the secondary phases formed during vapor hydration are readily soluble. Secondly, comparative structural study of ¹⁷O enriched gel layers that were formed during vapor hydration (at 90°C) and aqueous alteration at a very high SA/V ratio using NMR spectroscopy showed for the first time, evidence of recondensation of boron with oxygen from the vapor phase. The results suggest that glass alteration in vapor phase is not equivalent to alteration in aqueous medium at a very high SA/Vratio.

Les Centrales Solaires Thermodynamiques à génération directe de vapeur utilisent la concentration optique du rayonnement solaire direct pour produire de la vapeur d'eau à haute pression et haute température. La vapeur d'eau est ensuite utilisée directement comme fluide de travail d'un cycle thermodynamique type Rankine, pour la propulsion d'un couple turbine-génératrice et assurer ainsi une production électrique. La conjonction de la variabilité naturelle de l'ensoleillement, qu'elle soit lente et déterministe (cycle jour/nuit, cycle saisonnier, dégradation des performances optiques), ou rapide et non déterministe (passages nuageux), et de la présence d'un écoulement diphasique eau/vapeur dans les tubes horizontaux, provoque un comportement fortement dynamique du système de génération de vapeur. Par ailleurs, les turbines à vapeur étant très sensibles aux fluctuations de la température d'admission de vapeur, il convient donc de réguler le plus efficacement possible la production de vapeur. Les temps de séjour de fluide dans les champs solaires linéaires pouvant être relativement longs, les stratégies de contrôle conventionnelles se révèlent moins adaptées et peu efficaces. L'objectif de ce travail est d'étudier, par la réalisation de modèles et de leur utilisation en simulation, le fonctionnement dynamique du système de génération de vapeur. Des modèles dynamiques de centrales linéaires de Fresnel et cylindro-parabolique sont réalisés, et des données expérimentales issues d'un prototype cylindro-parabolique sont utilisées pour la validation. Les modèles permettent ensuite l'étude de stratégies de régulation, permettant un contrôle de la vapeur sortant du champ solaire soumis à des transitoires. L'étude de l'utilisation de méthodes de prédiction de l'ensoleillement direct à court terme est abordée à la fin de ce travail, afin d'évaluer la possibilité d'intégrer ces méthodes dans les stratégies de régulation. / Direct steam generation concentrated solar power plants use the optical concentration of solar direct irradiation to generate high pressure and high temperature steam in the absorber tubes. Steam is used as the working fluid of a Rankine-type thermodynamic cycle for the propelling of a steam turbine and an electric generator. The conjunction of the natural transient condition of solar irradiation and the presence of a two-phase flow inside the absorber tubes leads to a strong dynamic behavior of the steam generation system. Moreover, steam turbines being very sensitive to inlet temperature transients, the control of steam generation has to be achieved with the best possible efficiency. Because of the large time constants of the flow in the solar field (among other reasons), basic control strategies are poorly efficient and not well suited. The aim of this thesis work is the study, through modeling and simulation, of the dynamic behavior of the steam generation system. Dynamic modeling of linear Fresnel and parabolic-trough solar plants is carried out, and experimental data from a parabolic-trough prototype are used for validation. The models are used for the study of advanced control strategies, for a better control of steam conditions at the solar field outlet, under irradiation transients. Short-term irradiation prediction methods are evaluated for a use in the control strategies.

Dans le contexte économique de la plupart des pays en voie de développement, la gazéification sous vapeur d’eau de résidus agricoles lignocellulosiques pourrait être un procédé intéressant, à la fois pour la génération d’énergie dans des régions isolées et pour la production des produits à valeur ajoutée. Étant donné que la disponibilité des résidus agricoles est souvent saisonnière, différents types de biomasse doivent être utilisés pour assurer le fonctionnement des installations de gazéification. A cet égard, ce travail est axé sur la compréhension de l'impact des caractéristiques de la biomasse sur le procédé de gazéification et les propriétés des sous-produits gazeux et solides. Trois biomasses lignocellulosiques à composition macromoléculaire et inorganique différentes ont été sélectionnées pour cette étude : coques de noix de coco (CS), bambou guadua (BG) et coques de palmier à huile (OPS). La cinétique de décomposition thermique des biomasses a été étudiée sur une échelle thermogravimétrique sous atmosphère inerte et sous vapeur d’eau. Malgré les différences dans la structure macromoléculaire des échantillons, la composition inorganique s’est avérée être le paramètre le plus important influençant la réactivité et la cinétique de gazéification. L'impact bénéfique des métaux alcalins et alcalino-terreux a été confirmé, ainsi que l'effet inhibiteur du Si et du P. Plus précisément, le ratio K/(Si+P) est considéré approprié pour décrire et comparer le comportement des biomasses pendant la gazéification sous vapeur d’eau. En conséquence, une nouvelle approche pour la modélisation de la cinétique de gazéification à partir de la composition inorganique de l’échantillon a été proposée. La validité du ratio K/(Si+P) pour classifier et prédire le comportement des biomasses a également été confirmée par des expériences dans un réacteur à lit fluidisé à l’échelle laboratoire. Les échantillons avec un ratio K/(Si+P) au-dessus de 1 ont montré des réactivités de gazéification supérieures à celles des échantillons dont le ratio était inférieur à 1, et donc, une production de gaz et un rendement énergétique plus élevés. De plus, la composition inorganique a non seulement impacté le taux de gazéification des échantillons, mais également les propriétés du sous-produit solide. En particulier, une réactivité de gazéification plus élevée est liée à des chars avec une surface spécifique et un nombre de groupes fonctionnels plus importants. Une température de 850°C et une fraction de vapeur de 30% dans l’agent de réaction ont été identifiées comme les conditions les plus adaptées à la production simultanée de gaz combustible et de char pouvant être valorisé dans des applications agricoles. Le modèle de gazéification sous vapeur d'eau et les résultats expérimentaux présentés dans ce travail peuvent être une référence pour des applications réelles de gazéification travaillant avec différents types de résidus. Par ailleurs, dans le contexte présenté, la gazéification sous vapeur d’eau de déchets lignocellulosiques peut améliorer l’accès à l’énergie des zones rurales isolées, en promouvant simultanément le développement de projets productifs susceptibles de générer de nouveaux revenus pour les communautés locales. / In the context of most developing countries, steam gasification could be a very interesting process for both energy generation in isolated areas and the production of value-added products from lignocellulosic agrowaste. Considering that the availability of agricultural residues is often seasonal, gasification facilities should operate with different feedstocks. In consequence, this work is focused on the understanding of the impact of biomass characteristics on the gasification process and the properties of the gaseous and solid by-products. Three lignocellulosic agrowastes with different macromolecular structure and inorganic composition were selected for this study: Coconut shells (CS), bamboo guadua (BG) and oil palm shells (OPS). The thermal decomposition kinetics of the selected feedstocks was analyzed in a thermogravimetric scale under inert and steam atmosphere. Despite the differences in their macromolecular composition, inorganics showed to be the most important parameter influencing the steam gasification reactivity and kinetics of the samples. The beneficial impact of AAEM was confirmed, as well as the inhibitory effect of Si and P. More specifically, the ratio K/(Si+P) proved to be suitable to describe and compare the steam gasification behavior of lignocellulosic agrowastes. In accordance, a new kinetic modeling approach was proposed to predict the gasification behavior of samples, from the knowledge of their inorganic composition. The validity of the ratio K/(Si+P) to classify and predict the biomass steam gasification behavior was also confirmed from experiments in a lab-scale fluidized bed gasifier. Samples with K/(Si+P) above 1 exhibited higher gasification reactivities compared to samples with ratios below 1, resulting in greater gas yields and higher gas efficiencies. Moreover, inorganics impacted not only the gasification rate of the samples, but also the properties of the gasification solid by-products. In particular, higher gasification reactivities were related to greater char surface areas and contents of oxygenated surface functional groups. A temperature of 850°C and a steam fraction of 30% in the reacting atmosphere proved to be the most suitable gasification conditions for the simultaneous production of fuel gases for energy applications, and a valuable char that could be valorized in soil amendment applications. The gasification model and experimental results presented in this work might be an important reference for real gasification applications working with different kind of residues, when both the gaseous and solid by-products valorization is intended. Moreover, in the presented context, steam gasification of lignocellulosic agrowaste may improve the energy access in rural isolated areas, and simultaneously promote the development of productive projects that could generate new incomes for local communities.

Cette étude visait à évaluer l'impact, durant les phases de croissance pré-infiltration et d'expression transitoire post-infiltration, de différents déficits de pression de vapeur d'eau (DPV) et de fréquences d'irrigation sur la croissance, le développement et la production de protéines recombinantes de plants de Nicotiana benthamiana (Nb) cultivés en NFT (technique sur film nutritif). Le premier volet consistait à étudier les adaptations anatomiques de Nb face à un DPV plus ou moins contraignant sous deux gestions d'irrigation et à relier ces adaptations aux rendements en antigène de l'hémagglutinine 1 du virus de l'Influenza (H1). Nous avons répertorié une plus faible densité des tissus foliaires, une diminution de la conductance stomatique et une croissance inférieure des plants sous irrigation réduite. Nous avons aussi observé de meilleurs rendements en protéines recombinantes chez les plants cultivés sous un DPV élevé et une irrigation réduite. En outre, une gestion d'irrigation abondante ainsi qu'un faible DPV ont provoqué d'intenses symptômes de nécroses foliaires au terme de la période d'incubation des plants. À la lumière des résultats obtenus dans le premier volet, nous avons étudié dans un second volet l'effet de la température et de l'humidité relative de l'air durant la phase post-infiltration sur la progression dans le temps de symptômes des nécroses foliaires sur des plants précédemment cultivés sous des traitements de DPV contrastants et une gestion d'irrigation réduite. Nos résultats ont montré que, bien que la synthèse des protéines recombinantes soit accélérée par une température plus élevée, l'augmentation de l'humidité relative n'a pas permis d'atténuer la progression des symptômes de nécroses foliaires. Cependant, un DPV élevé durant la croissance a permis de diminuer l'importance des symptômes de nécroses, agissant comme un facteur de protection. Ce projet a permis de mettre en lumière d'importants défis entourant les conditions de croissance et d'expression en vue d'une moléculture à grande échelle en gouttières NFT.

Self-consolidating concrete (SCC) is widely used for several types of structural applications. The high workability of such concrete has been turned into tangible benefits in precast, prestress manufactories in terms of enhancement of the overall quality of the final product and high productivity. The range of benefits offered by SCC goes beyond fundamental aspects of concrete quality and productivity; it includes a major improvement in the health and safety of workers and the reduction of noise level on construction sites. Furthermore, to improve the productivity in the precast manufacturing plants, steam-curing is often used to expedite strength gain and shorten the construction cycle. It is well established that mechanical properties of steam-cured SCC are affected by mixture composition and can vary widely with the steam-curing parameters. The research project presented here aims to address the significance of mixture parameters governing the performance of SCC for precast applications. Two classes of SCC with design compressive strengths of 60 and 80 MPa at 56 days were investigated. The examined mixture parameters include the w/cm, binder content and type, and the type of superplasticizer. In addition, this research seeks to assess the effect of steam-curing parameters on early-mechanical properties of SCC and to optimize a steam-curing regime to meet fabrication requirements with efficiency and economy. The studied steam-curing parameters include the maximum curing temperature, the preset period prior to heat treatment, and the rate of heating. The employed mixtures proportioning and steam-curing regimes to achieve the anticipated early-strength were proposed by an experimental factorial design to cover a wide scope of SCC mix designs and steam-curing regimes. Among the modeled mixture parameters, the w/cm and binder content were shown to play key roles on the majority of steam-cured mechanical properties and workability criteria. Among the steam-curing parameters, the maximum steam-curing temperature was shown to have a dominant effect on early-age strength. The preset period exhibited a major influence on mechanical properties as well. SCC cured under a maximum chamber temperature of 65ÀC and a longer preset period of 5 hours was found to develop higher early-compressive strength. Beyond limits, increasing maximum curing temperature can adversely affect the strength development leading to a lower early-compressive strength. The early heat treatment was found to decrease early-age strength. Longer preset period of 5 hours is then recommended in terms of fuel and time saving in manufacturing plants.

Depuis que la sonnette d’alarme concernant les carburants fossiles a retenti, les scientifiques cherchent des alternatives pour une consommation énergétique plus intelligente. Le reformage des carburants liquides et de gaz naturel est un procédé qui permet la production des vecteurs énergétiques riches en hydrogène. L’intérêt dans la production d’hydrogène est grandissant en raison de ses diverses applications, dont les besoins de l’industrie pétrolière pour le raffinage. En effet, la détérioration de la qualité du pétrole brut combinée à des spécifications pour les carburants plus sévères, conduit cette industrie à des bilans globaux déficitaires en hydrogène. De ce fait, le coût de l’hydrogène a connu une importante augmentation, étant le deuxième plus important dans le fonctionnement des raffineries, juste après le pétrole brut. Ce projet s’inscrit dans le domaine du développement des technologies de production d’énergies efficaces. La façon la plus utilisée commercialement pour produire de l’hydrogène est le reformage à la vapeur. Pour cela, un catalyseur de nickel sous forme de spinelle nickel-alumine (NiAl[indice inférieur 2]O[indice inférieur 4]) sur support d’alumine (Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]) et de zircone stabilisée à l’yttria (YSZ), breveté par l’Université de Sherbrooke, a été testé pour le reformage à la vapeur. Dans le cadre de ce projet, deux principaux objectifs ont été déterminés ; premièrement l’optimisation des performances du catalyseur et deuxièmement la détermination du rôle de chaque composé au niveau structural et au niveau de la réactivité durant le reformage. Différentes méthodes de synthèse ont été testées pour la préparation du catalyseur ; ceci a permis de relier la technique de préparation aux propriétés intrinsèques du catalyseur et de ce fait, valider sa formulation finale. Des tests de reformage à la vapeur effectués, en utilisant du diesel commercial à un débit volumique des réactifs de 25 000 cm[indice supérieur 3]g[indice inférieur cat][indice supérieur -1]h[indice supérieur -1] et un ratio molaire H[indice inférieur 2]O/C de 1.9, avec des catalyseurs de différentes formulations ont permis d’élucider le rôle du support. En effet, l’YSZ est un co-support actif lors des tests de reformage. L’analyse des catalyseurs usés montre des différences notables entre les catalyseurs qui se désactivent et ceux qui ne se désactivent pas. En effet, les catalyseurs qui maintiennent leur activité ne montrent aucune formation de carbone ; tandis que les catalyseurs qui se désactivent sont recouverts de carbone en filament, en plus de l’obstruction du réacteur par du carbone. Les performances de ce catalyseur sont basées sur des paramètres spécifiques: a) la stabilité de la phase spinelle et la distribution nanométrique, très homogène, de cette phase sur le support ; b) la présence de l’YSZ comme co-support et la stabilisation de la zircone avec une quantité appropriée d’yttrine pour engendrer des lacunes d’oxygène.

Cette étude porte sur la cuisson en autocuiseurs qui sont des appareils de cuisson domestiques sous pression. L'objectif principal est la compréhension de la cuisson dans un autocuiseur au travers de l'étude des transferts thermiques couplés en régime transitoire pour la température, la pression interne, la puissance de chauffe fournie, la composition de l'atmosphère de cuisson et surtout les mécanismes de transferts (conduction, convection, ébullition et condensation par exemple). Cette compréhension doit permettre une optimisation de la cuisson. Seule la cuisson de légumes, en particulier de carottes dans la phase gazeuse, est étudiée. La cuisson en autocuiseur s'effectue en trois étapes : la montée en pression, le maintien en pression et la décompression. C'est le chauffage par le bas de l'appareil initialement clos et contenant un fond d'eau qui permet une augmentation de la pression par production de vapeur. Le niveau de pression est ensuite limité par l'ouverture d'une soupape classiquement autour 1,5 bar, soit une température de vapeur saturante de 112° C. Nous avons mis au point une méthode mécanique pour l'évaluation du niveau de cuisson par l'évolution de la texture des carottes. Ceci nous a permis par la suite de comparer différents modes opératoires pour un même niveau de cuisson final. Expérimentalement, un pilote basé sur un autocuiseur a été construit. Il permet la maîtrise de la conduite (pression, puissance de chauffe, etc.) et un grand nombre de mesures (températures, débit sortant, composition locale, etc.) La modélisation apparaît nécessaire pour décrire la complexité des couplages et la transition entre les différents mécanismes de transfert. Ainsi, deux modèles ont été développés : un modèle considérant des flux de matière et de chaleur entre différents compartiments (gaz, eau, paroi, aliment, etc.) et un modèle d'écoulement et de transfert de type CFD. Ils permettent de faire des analyses que n'autorise pas l'expérimentation et d'explorer d'autres profils de cuisson en vue d'une optimisation de la conduite de l'autocuiseur. Les modèles ont été validés dans un certain nombre de cas. Les résultats obtenus permettent de comprendre l'importance de certains phénomènes comme l'ébullition et la condensation en fonction de la teneur en air résiduel. On constate que l'ensemble de la cuisson se fait principalement en conditions non-stationnaires, même pendant le maintien en pression car la fuite par la soupape provoque un appauvrissement progressif de l'air dans l'atmosphère interne. Les effets des différents évènements thermiques sur la montée en température de l'aliment ont pu être mis en évidence et quantifiés pour la plupart. Une première optimisation de la conduite est avancée pour limiter la consommation énergétique de la cuisson.